WO2019120858A1 - Verfahren zur herstellung eines profilbauteils sowie profilbauteil - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines profilbauteils sowie profilbauteil Download PDF

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WO2019120858A1
WO2019120858A1 PCT/EP2018/082210 EP2018082210W WO2019120858A1 WO 2019120858 A1 WO2019120858 A1 WO 2019120858A1 EP 2018082210 W EP2018082210 W EP 2018082210W WO 2019120858 A1 WO2019120858 A1 WO 2019120858A1
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press
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Thomas Hoesl
Ulrich Schmid
Siegfried Georg ZEHENTBAUER
Markus WIERER
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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    • C22C38/32—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with boron

Definitions

  • a method for producing a profile component is specified. Furthermore, a profile component produced by the method is specified.
  • the profile component may be, for example, a body component.
  • press hardening describes a sheet metal hot forming process, which is used, for example, for the production of ultra-high strength body components.
  • This process combines both the shaping and the heat treatment of the sheet metal component in one process step - the so-called press hardening or form hardening.
  • the method is characterized in that the blanks heated over austenitizing temperature or closed profiles are introduced into a cooled forming tool and then quenched.
  • This heat-treatment integrated in the forming produces a martensitic structure, so that the press-hardened components have very high tensile strengths, e.g. of up to 1800 MPa.
  • Such components can be used as crash-relevant structural components such as, for example, A and B pillar reinforcement, bumpers or sills as well as in the drive train, for example as camshafts.
  • the document DE 10 2009 030 776 A1 describes a profile component made of a high-strength sheet material, which has in the profile cross-section at least two mutually spaced and substantially closed profile sections, which are connected via a flat formed connecting portion. It is envisaged that in one such a connecting portion a notch is introduced, on the configuration of a local profile width of the profile component is set.
  • the document EP 1 342 515 A1 describes a method for the production of a profile component in which a tubular body is produced by means of a hydroforming process, which is subsequently heated and hardened by means of a pressing tool.
  • a disadvantage of the known in the prior art method is that the profile components are usually cooled in the press hardening tool only from the outside by direct and / or indirect cooling, the cooling of the profile component can be controlled only insufficient.
  • a profile structure part is provided or manufactured.
  • the profile structure part has at least one closed profile section.
  • the closed profile section encloses a cavity and, in cross section, ie in particular perpendicular to a profile longitudinal direction of the profile structure part, has a completely closed circumferential line.
  • that can Profile structure part may be formed from a tubular body or from a tube.
  • the profile structure part is heat treated.
  • the profile structure part can be heated or heated in an oven, for example.
  • the profile structure part is heated or austenitized to a temperature between 850 ° C and 907 ° C.
  • the profile structure part is press-hardened in a press-hardening tool, which preferably comprises at least two tool parts.
  • a press-hardening tool which preferably comprises at least two tool parts.
  • the profile structure part in the press hardening tool is cooled in its interior by circulating air or ambient air.
  • the circulated air or ambient air can in particular in the cavity, which is enclosed by the closed profile section, contribute to cooling of the profile structure part by contact with the profile structure part surface in the interior of the profile structure part.
  • ambient air is conducted into the interior of the profile structure part as circulating air.
  • the ambient air conducted into the interior of the profile structure part can have a temperature between 10 ° C. and 30 ° C., preferably between 15 ° C. and 25 ° C., particularly preferably between 18 ° C. and 20 ° C.
  • circulating air can reach the interior cavity via a compressed air flow guided into the interior of the profile structure part.
  • the profile structure part arranged in the press hardening tool is further cooled by external direct and / or indirect cooling. The term "from the outside" designates a cooling of the surface of the profile structure part facing away from the cavity.
  • a cooling medium is brought into direct contact with the surface of the profile structure part.
  • a tool part or several tool parts of the press-hardening tool can be cooled by a cooling medium, so that the tool parts cool the outer surface in contact with the outer surface of the profile structure part.
  • at least one tool part of the press-hardening tool can have one or more cooling channels for guiding a cooling medium, such as water.
  • several tool parts or all tool parts of the press hardening tool can have one or more cooling channels.
  • specifically different material properties are set in at least two profile-structure part-regions.
  • specifically different strengths or different hardnesses or different ductilities can be set in at least two profile structure subregions.
  • the targeted adjustment of the different material properties can be achieved by a defined closing operation control of the press hardening tool. This can be done in particular without intervention in the tempering press hardening tool.
  • the defined closing process control can take place over a defined speed of the press closing operation.
  • profile components with tailor-made properties or "tailored properties", for example, depending on the corresponding processing speed, produce.
  • areas of high strength and "soft" areas which serve in the event of a crash of energy absorption by wrinkling, can thereby be produced.
  • first subregions of the profile structure part have tool contact with tool parts of the press hardening tool and second subregions of the profile structure part have no tool contact with tool parts of the press hardening tool in this first time section of the press hardening.
  • both the first partial regions and also the partial regions of the profile structural part have a tool contact with the tool parts of the press-hardening tool.
  • the first partial regions of the profile structure part which have the first tool contact in the first temporal section, are rapidly cooled or quenched by the tool contact and consequently have a structure with high strength.
  • the second subregions of the profile structure part which have tool contact only in the second temporal section, then have a soft, ductile structure.
  • the press or the press hardening tool can be closed up to a certain distance, wherein first portions of the profile structure part, in which tool contact exists, are quenched and obtained by structural transformation high strength.
  • the shrinkage of the component or of the profile structure part as a result of the cooling by a defined closing speed of the press or the press hardening tool can be taken into account, so that in particular an always constant contact surface between the press hardening tool and component or the profile structure part is given.
  • the press or the press hardening tool can be closed until the tool surface touches the profile surface in which a martensitic state is to be achieved.
  • the press hardening tool can be closed beyond the shrinkage dimension so that the profile structure part is deformed and a further surface or a further partial region cools down.
  • another material property in particular a different strength and / or ductility, can be achieved for the further partial area.
  • the press-hardening tool is not completely closed during press-hardening.
  • one or more spacers can be provided between two tool parts of the press-hardening tool, which prevent complete closing of the press-hardening tool.
  • it can be achieved, for example, that certain subregions of the profile structure part have no tool contact in a maximally closed state of the press hardening tool, so that these subsections have a lower strength or higher ductility after press hardening.
  • the press-hardening tool has at least four tool parts, to which the profile-structure part has a tool contact during press-hardening. Due to the fact that the press-hardening tool has at least four tool parts or tool segments, it can be controlled in a particularly simple manner which partial areas of the profile structure part should have tool contact at what time, so that a targeted adjustment of the material properties of the individual partial areas can be achieved.
  • the press hardening tool can have six tool parts or tool segments, to which the profile structure part during the Press hardening, ie, at least one time during the press hardening, a tool contact.
  • At least one tool part of the press-hardening tool is locally heated during the press-hardening.
  • a heating device e.g. can be designed as a heating cartridge, be provided. With the heating device or heating cartridge, it can be achieved during press hardening that an adjacent subregion of the profile structure part cools more slowly than other subregions, so that this subregion of the profile structure part has a higher ductility after press hardening.
  • each tool part of the press-hardening tool can have at least one heating device or heating cartridge.
  • at least one tool part of the press-hardening tool or several or even all tool parts of the press-hardening tool have a plurality of heating devices or heating cartridges.
  • the profile structure part comprises a manganese-boron steel.
  • the profile structure part may have a basic body of 22MnB5 or 20MnB8.
  • the profile structure part has a zinc coating.
  • the tread structure part may e.g. be made of a tubular, galvanized steel body or of a galvanized steel tube.
  • the tread structure part is preformed prior to the step of heat treating by a hydroforming process.
  • a galvanized steel tube can be bent into a desired shape and then further shaped by hydroforming to achieve complex component geometries.
  • the profile structure part can be processed before heating or heat treatment by a laser process and / or a stamping process.
  • a surface treatment or conditioning takes place after the press-hardening of the profile-structure part. Furthermore, a laser processing of the profile structure part is possible.
  • a profile component is specified, which is produced by a method described here.
  • the profile component is preferably designed as a motor vehicle component.
  • the profile component may be a body component for a motor vehicle.
  • the profile component which can be produced or produced by the described method can have one or more features mentioned in connection with the described method.
  • the profile component may comprise a base of steel, such as e.g. made of 22MnB5 or 20MnB8, and provided with a zinc coating.
  • Figure 1 is a schematic representation of a method for
  • Figure 2 is a schematic representation of a in a
  • Figures 3A to 5 are schematic representations of the method for
  • identical or identically acting components may each be provided with the same reference numerals.
  • the illustrated elements and their proportions with each other are basically not to be considered as true to scale. Rather, individual elements can be shown exaggeratedly thick or large in size for better representability and / or better understanding.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a method for producing a profile component.
  • a profile structure part 2 is provided or manufactured in a method step A.
  • the profile structure part 2 may be e.g. to act a steel pipe with a zinc coating.
  • the profile structure part 2 is heated in a further method step B, for example to a temperature between 850 ° C and 907 ° C.
  • FIG. 2 shows, in a schematic illustration, the method step C according to an exemplary embodiment, wherein the profile structure part 2 is arranged in the press-hardening tool 1, which has a first tool part 11 and a second tool part 12.
  • the first tool part 11 and the second tool part 12 each have a plurality of cooling channels 4, through which a cooling medium, such as water, can flow, so that the profile hardening element 2 arranged in the press hardening tool 1 can be indirectly cooled.
  • the surface 3 of the profile structure part 2 which shines on the interior 3 is cooled by circulating air or ambient air.
  • the guided into the interior 2 circulating air or ambient air may for example have a temperature between 15 ° C and 25 ° C.
  • FIGS. 3A to 3C each show a profile structure part 2, which is arranged in a press-hardening tool 1, according to various exemplary embodiments. These embodiments have in common that profile structure parts 2 or profile components are obtained after the press-hardening, which each have partial areas with different material properties.
  • the profile members may include portions 100 that are hard-formed having high strength, and portions 200 that are soft and have high ductility.
  • the press-hardening tool 1 of FIG. 3A has, in contrast to the press-hardening tool according to FIG. 2, spacers 5 which prevent the press-hardening tool 1 or the tool parts 11, 12 from completely closing.
  • spacers 5 which prevent the press-hardening tool 1 or the tool parts 11, 12 from completely closing.
  • partial areas 200 of the profile structure part 2 have no tool contact, whereby a delayed cooling takes place in these areas, with the result that these areas have a lower strength in the finished profile component.
  • circulating air is guided into the interior 3 of the profile structure part 2 by means of a compressed air flow or motive air flow.
  • FIG. 3C shows a press-hardening tool 1 which has a total of six tool parts 11, 12, 13, two of which are associated with each other and can be moved relative to one another. Characterized in that the press-hardening tool six tool parts 1 1, 12, 13, can be controlled in a particularly simple manner, which portions of the profile structure part 2 at which time should have a tool contact, so that a targeted adjustment of the material properties of the individual sections are achieved can.
  • FIGS. 4A and 4B show a further exemplary embodiment of a method for producing a profile component, in which so-called “tailored properties" are achieved by clamping and pressing.
  • partial regions of the profile structure part 2 which experience tool contact at a later time have a high ductility in the finished profile component.
  • FIG. 5 shows a profile structure part 2 arranged in a press-hardening tool 1 according to a further exemplary embodiment, wherein a first tool part 11 of the press-hardening tool 1 has a heating device or heating cartridge 7, through which a speed required for hardening in a locally limited, adjacent region of the profile structure part 2 is prevented, so that the profile structure part 2 and the finished profile component in this area then has a low hardness and low strength and high ductility.
  • the features described in the embodiments shown may also be combined with each other according to further embodiments. Alternatively or additionally, the embodiments shown in the figures may have further features according to the embodiments of the general description.
  • heating device 1 1 first tool part 12 second tool part 13 further tool part

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Profilbauteils angegeben. Bei dem Verfahren wird ein Profilstrukturteil (2) bereitgestellt und/oder gefertigt. Das Profilstrukturteil (2) wird wärmebehandelt und in einem Presshärtewerkzeug pressgehärtet, wobei das Profilstrukturteil (2) im Presshärtewerkzeug (1) in seinem Inneren durch Umluft gekühlt wird. Weiterhin wird ein durch das Verfahren hergestelltes Profilbauteil angegeben.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Herstellung eines Profilbauteils sowie Profilbauteil
Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Profilbauteils angegeben. Weiterhin wird ein durch das Verfahren hergestelltes Profilbauteil angegeben. Bei dem Profilbauteil kann es sich beispielsweise um ein Karosseriebauteil handeln.
Der Begriff „Presshärten“ beschreibt ein Blechwarmumformverfahren, das beispielsweise für die Herstellung von höchstfesten Karosseriebauteilen eingesetzt wird.
Dieses Verfahren kombiniert in einem Prozessschritt - dem sogenannten Press- oder Formhärten - sowohl die Formgebung als auch die Wärmebehandlung des Blechbauteils. Das Verfahren ist dadurch charakterisiert, dass die über Austenitisierungstemperatur erwärmten Platinen oder geschlossenen Profile in ein gekühltes Umformwerkzeug eingebracht und anschließend abgeschreckt werden.
Diese in die Umformung integrierte Wärmebehandlung erzeugt ein martensitisches Gefüge, so dass die pressgehärteten Bauteile sehr hohe Zugfestigkeiten, z.B. von bis zu 1800 MPa, aufweisen. Derartige Bauteile können als crashrelevante Strukturbauteile wie zum Beispiel A- und B- Säulenverstärkung, Stoßfänger oder Schweller sowie auch im Antriebsstrang, beispielsweise als Nockenwellen, eingesetzt werden.
Die Druckschrift DE 10 2009 030 776 A1 beschreibt ein Profilbauteil aus einem höherfesten Blechmaterial, welches im Profilquerschnitt wenigstens zwei zueinander beabstandete und im Wesentlichen geschlossene Profilabschnitte aufweist, die über einen flach ausgebildeten Verbindungsabschnitt verbunden sind. Dabei ist vorgesehen, dass in einem solchen Verbindungsabschnitt eine Kerbung eingebracht ist, über deren Ausgestaltung eine lokale Profilbreite des Profilbauteils eingestellt ist.
In der Druckschrift EP 1 342 515 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Profilbauteils beschrieben, bei dem mittels eines Hydroformprozesses ein rohrförmiger Körper hergestellt wird, welcher anschließend erwärmt und mittels eines Presswerkzeugs gehärtet wird.
Nachteilig bei den im Stand der Technik bekannten Verfahren ist, dass die Profilbauteile im Presshärtewerkzeug gewöhnlich nur von außen durch direkte und/oder indirekte Kühlung gekühlt werden, wobei die Kühlung des Profilbauteils nur ungenügend gesteuert werden kann.
Es ist somit eine zu lösende Aufgabe zumindest einiger Ausführungsformen, ein Verfahren zur Herstellung eines Profilbauteils anzugeben, bei welchem eine gezielte Kühlung des Profilbauteils im Presshärtewerkzeug ermöglicht wird. Eine weitere Aufgabe ist es, ein Profilbauteil anzugeben.
Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren und einen Gegenstand gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen gehen weiterhin aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen hervor.
Bei dem hier beschriebenen Verfahren zur Herstellung eines Profilbauteils wird gemäß zumindest einer Ausführungsform ein Profilstrukturteil bereitgestellt bzw. gefertigt. Vorzugsweise weist das Profilstrukturteil zumindest einen geschlossenen Profilabschnitt auf. Der geschlossene Profilabschnitt schließt einen Hohlraum ein und weist im Querschnitt, d.h. insbesondere senkrecht zu einer Profillängsrichtung des Profilstrukturteils, eine vollständig geschlossene Umfangslinie auf. Beispielsweise kann das Profilstrukturteil aus einem rohrförmigen Körper bzw. aus einem Rohr gebildet sein.
Weiterhin wird das Profilstrukturteil wärmebehandelt. Bei der Wärmebehandlung kann das Profilstrukturteil beispielsweise in einem Ofen erwärmt bzw. erhitzt werden. Vorzugsweise wird das Profilstrukturteil auf eine Temperatur zwischen 850 °C und 907 °C erwärmt bzw. austenitisiert.
Nach der Wärmebehandlung wird das Profilstrukturteil in einem Presshärtewerkzeug, welches vorzugsweise zumindest zwei Werkzeugteile umfasst, pressgehärtet. Dabei wird das Profilstrukturteil im Presshärtewerkzeug in seinem Inneren durch Umluft bzw. Umgebungsluft gekühlt. Die Umluft bzw. Umgebungsluft kann insbesondere in dem Hohlraum, welche von dem geschlossenen Profilabschnitt umschlossen wird, durch Kontakt mit der Profilstrukturteiloberfläche im Inneren des Profilstrukturteils zu einer Kühlung des Profilstrukturteils beitragen.
Dadurch, dass das im Presshärtewerkzeug angeordnete Profilstrukturteil in seinem Inneren durch Umluft bzw. Umgebungsluft gekühlt wird, ist es nicht notwendig, Flüssigkeiten und/oder Industriegase, wie z.B. Stickstoff, in das Innere des Profilstrukturteils zu führen, sodass eine aufwändige Wartung und Anbindung an das Presshärtewerkzeug vermieden werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird als Umluft Umgebungsluft ins Innere des Profilstrukturteils geführt. Die ins Innere des Profilstrukturteils geführte Umgebungsluft kann beispielsweise eine Temperatur zwischen 10 °C und 30 °C, bevorzugt zwischen 15 °C und 25 °C, besonders bevorzugt zwischen 18 °C und 20 °C, aufweisen. Weiterhin kann Umluft über einen ins Innere des Profilstrukturteils geführten Druckluftstrom in den innenliegenden Hohlraum gelangen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das im Presshärtewerkzeug angeordnete Profilstrukturteil weiterhin durch eine direkte und/oder indirekte Kühlung von außen gekühlt. Mit dem Begriff „von außen“ wird dabei eine Kühlung der dem Hohlraum abgewandten Oberfläche des Profilstrukturteils bezeichnet. Bei einer direkten Kühlung wird dabei ein Kühlmedium in direkten Kontakt mit der Oberfläche des Profilstrukturteils gebracht. Bei einer indirekten Kühlung kann beispielsweise ein Werkzeugteil bzw. können mehrere Werkzeugteile des Presshärtewerkzeugs durch ein Kühlmedium gekühlt werden, sodass die Werkzeugteile bei Kontakt mit der äußeren Oberfläche des Profilstrukturteils die äußere Oberfläche kühlen. Beispielsweise kann zumindest ein Werkzeugteil des Presshärtewerkzeugs einen oder mehrere Kühlkanäle zur Führung eines Kühlmediums, wie z.B. Wasser, aufweisen. Weiterhin können mehrere Werkzeugteile bzw. alle Werkzeugteile des Presshärtewerkzeugs einen oder mehrere Kühlkanäle aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden während des Presshärtens des Profilstrukturteils im Presshärtewerkzeug in zumindest zwei Profilstrukturteilbereichen gezielt unterschiedliche Werkstoffeigenschaften eingestellt. Beispielsweise können in zumindest zwei Profilstrukturteilbereichen gezielt unterschiedliche Festigkeiten bzw. unterschiedliche Härten bzw. unterschiedliche Duktilitäten eingestellt werden.
Beispielsweise kann die gezielte Einstellung der unterschiedlichen Werkstoffeigenschaften durch eine definierte Schließvorgangsteuerung des Presshärtewerkzeugs erzielt werden. Dies kann insbesondere ohne Eingriff in die Temperierung Presshärtewerkzeugs erfolgen. Beispielsweise kann die definierte Schließvorgangsteuerung über eine definierte Geschwindigkeit des Pressen-Schließvorgangs erfolgen.
Vorteilhafterweise lassen sich dadurch Profilbauteile mit maßgeschneiderten Eigenschaften bzw.“tailored properties“, beispielsweise in Abhängigkeit der entsprechenden Bearbeitungsgeschwindigkeit, hersteilen. Insbesondere bei Profilbauteilen, welche als Kraftfahrzeugbauteile eingesetzt werden, können dadurch Bereiche hoher Festigkeit sowie „weiche“ Bereiche, die im Falle eines Crashs der Energieaufnahme durch Faltenbildung dienen, erzeugt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen in einem ersten zeitlichen Abschnitt des Presshärtens erste Teilbereiche des Profilstrukturteils einen Werkzeugkontakt zu Werkzeugteilen des Presshärtewerkzeugs auf und zweite Teilbereiche des Profilstrukturteils weisen in diesem ersten zeitlichen Abschnitt des Presshärtens keinen Werkzeugkontakt zu Werkzeugteilen des Presshärtewerkzeugs auf. In einem zweiten zeitlichen Abschnitt des Presshärtens weisen sowohl die ersten Teilbereiche als auch die Teilbereiche des Profilstrukturteils einen Werkzeugkontakt zu den Werkzeugteilen des Presshärtewerkzeugs auf. Die ersten Teilbereiche des Profilstrukturteils, welche im ersten zeitlichen Abschnitt den ersten Werkzeugkontakt aufweisen, werden durch den Werkzeugkontakt schnell gekühlt bzw. abgeschreckt und weisen folglich ein Gefüge mit hoher Festigkeit auf. Die zweiten Teilbereiche des Profilstrukturteils, die erst im zweiten zeitlichen Abschnitt einen Werkzeugkontakt aufweisen, weisen anschließend ein weiches, duktiles Gefüge auf.
Zur Martensitbildung in bestimmten Bauteilbereichen kann die Presse bzw. das Presshärtewerkzeug bis auf einen bestimmten Abstand geschlossen werden, wobei erste Teilbereiche des Profilstrukturteils, in denen Werkzeugkontakt besteht, abgeschreckt werden und durch Gefügeumwandlung hohe Festigkeiten erhalten. Dabei kann die Schrumpfung des Bauteils bzw. des Profilstrukturteils infolge des Abkühlens durch eine definierte Schließgeschwindigkeit der Presse bzw. des Presshärtewerkzeugs berücksichtigt werden, so dass insbesondere eine stets gleichbleibende Kontaktfläche zwischen dem Presshärtewerkzeug und Bauteil bzw. dem Profilstrukturteil gegeben ist. Für eine Erzeugung mehrerer verschiedener Gefüge, insbesondere verschiedener Festigkeiten bzw. Duktilitäten. im Profilstrukturteil kann die Presse bzw. das Presshärtewerkzeug geschlossen werden bis die Werkzeugfläche die Profilfläche berührt, in der ein martensitischer Zustand erreicht werden soll. Nach einem definierten Zeitraum kann das Presshärtewerkzeug über das Schrumpfmaß hinaus geschlossen werden, so dass das Profilstrukturteil verformt wird und eine weitere Fläche bzw. ein weiterer Teilbereich sich abgekühlt. Dadurch kann für den weiteren Teilbereich eine andere Werkstoffeigenschaft, insbesondere eine andere Festigkeit und/oder Duktilität, erreicht werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Presshärtewerkzeug während des Presshärtens nicht vollständig geschlossen. Beispielsweise können zwischen zwei Werkzeugteilen des Presshärtewerkzeugs ein oder mehrere Distanzhalter vorgesehen sein, die ein vollständiges Schließen des Presshärtewerkzeugs verhindern. Dadurch kann beispielsweise erreicht werden, dass bestimmte Teilbereiche des Profilstrukturteils in einem maximal geschlossenen Zustand des Presshärtewerkzeugs keinen Werkzeugkontakt aufweisen, sodass diese Teilbereiche nach dem Presshärten eine geringere Festigkeit bzw. höhere Duktilität aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Presshärtewerkzeug zumindest vier Werkzeugteile auf, zu welchen das Profilstrukturteil während des Presshärtens einen Werkzeugkontakt aufweist. Dadurch, dass das Presshärtewerkzeug zumindest vier Werkzeugteile bzw. Werkzeugsegmente aufweist, kann auf eine besonders einfache Art und Weise gesteuert werden, welche Teilbereiche des Profilstrukturteils zu welchem Zeitpunkt einen Werkzeugkontakt aufweisen sollen, sodass eine gezielte Einstellung der Werkstoffeigenschaften der einzelnen Teilbereiche erreicht werden kann. Beispielsweise kann das Presshärtewerkzeug sechs Werkzeugteile bzw. Werkzeugsegmente aufweist, zu welchen das Profilstrukturteil während des Presshärtens, d.h. zu zumindest einem Zeitpunkt während des Presshärtens, einen Werkzeugkontakt aufweist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird zumindest ein Werkzeugteil des Presshärtewerkzeugs während des Presshärtens lokal beheizt wird. Beispielsweise kann in zumindest einem Werkzeugteil eine Heizeinrichtung, die z.B. als Heizpatrone ausgebildet sein kann, vorgesehen sein. Mit der Heizeinrichtung bzw. Heizpatrone kann während des Presshärtens erreicht werden, dass ein benachbarter Teilbereich des Profilstrukturteils langsamer abkühlt als andere Teilbereiche, so dass diese Teilbereich des Profilstrukturteils nach dem Presshärten eine höhere Duktilität aufweist. Weiterhin kann jedes Werkzeugteil des Presshärtewerkzeugs zumindest eine Heizeinrichtung bzw. Heizpatrone aufweisen. Darüber hinaus ist es auch denkbar, dass zumindest ein Werkzeugteil des Presshärtewerkzeugs oder mehrere bzw. sogar sämtliche Werkzeugteile des Presshärtewerkzeugs eine Mehrzahl von Heizeinrichtungen bzw. Heizpatronen aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Profilstrukturteil einen Mangan-Bor-Stahl auf. Beispielsweise kann das Profilstrukturteil einen Grundkörper aus 22MnB5 oder aus 20MnB8 aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Profilstrukturteil eine Zinkbeschichtung auf. Das Profilstrukturteil kann z.B. aus einem rohrförmigen, verzinkten Stahlkörper bzw. aus einem verzinkten Stahlrohr hergestellt sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Profilstrukturteil vor dem Schritt des Wärmebehandelns durch einen Innenhochdruckumformprozess vorgeformt. Zur Herstellung des Profilstrukturteils kann beispielsweise ein verzinktes Stahlrohr in eine gewünschte Form gebogen werden und anschließend zur Erreichung komplexer Bauteilgeometrien durch Innenhochdruckumformen weiter geformt werden. Zusätzlich oder alternativ zum Innenhochdruckumformen kann das Profilstrukturteil vor dem erwärmen bzw. Wärmebehandeln durch einen Laserprozess und/oder einen Stanzprozess bearbeitet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt nach dem Presshärten des Profilstrukturteils eine Oberflächenbehandlung bzw. -konditionierung. Weiterhin ist eine Laserbearbeitung des Profilstrukturteils möglich.
Weiterhin wird ein Profilbauteil angegeben, welches durch ein hier beschriebenes Verfahren hergestellt ist. Das Profilbauteils vorzugsweise als Kraftfahrzeugbauteil ausgebildet. Insbesondere kann es sich bei dem Profilbauteil um ein Karosseriebauteil für ein Kraftfahrzeug handeln. Das durch das beschriebene Verfahren herstellbare bzw. hergestellte Profilbauteil kann ein oder mehrere im Zusammenhang mit dem beschriebenen Verfahren genannte Merkmale aufweisen. Insbesondere kann das Profilbauteil einen Grundkörper aus Stahl, wie z.B. aus 22MnB5 oder aus 20MnB8, aufweisen und mit einer Zinkbeschichtung versehen sein.
Durch ein als Kraftfahrzeugbauteil ausgebildetes, hier beschriebenes Profilbauteil können eine Erhöhung der passiven Sicherheit in innovativen Fahrzeugkonzepten, eine Gewichtsreduzierung bei hoher Steifigkeitsperformance sowie hohe Designfreiheiten erreicht werden.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen des hier beschriebenen Verfahrens zur Herstellung eines Profilbauteils bzw. des hergestellten Profilbauteils ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren 1 bis 5 beschriebenen Ausführungsformen. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur
Herstellung eines Profilbauteils gemäß einem Ausführungsbeispiel, Figur 2 eine schematische Darstellung eines in einem
Presshärtewerkzeug angeordneten Profilbauteils zur Verdeutlichung eines Verfahrensschrittes des Verfahrens gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, und
Figuren 3A bis 5 schematische Darstellungen des Verfahrens zur
Herstellung eines Profilbauteils gemäß weiteren Ausführungsbeispielen.
In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben dick oder groß dimensioniert dargestellt sein.
In der Figur 1 ist eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines Profilbauteils gezeigt. Bei dem Verfahren wird in einem Verfahrensschritt A ein Profilstrukturteil 2 bereitgestellt bzw. gefertigt. Bei dem Profilstrukturteil 2 kann es sich z.B. um ein Stahlrohr mit einer Zinkbeschichtung handeln.
Danach wird das Profilstrukturteil 2 in einem weiteren Verfahrensschritt B erwärmt, beispielsweise auf eine Temperatur zwischen 850 °C und 907 °C.
In einem sich daran anschließenden Verfahrensschritt C wird das Profilstrukturteil 2 in einem Presshärtewerkzeug 1 pressgehärtet, wobei das Profilstrukturteil 2 im Presshärtewerkzeug 1 im Inneren des Profilstrukturteils 2 durch Umluft bzw. Umgebungsluft gekühlt wird. In der Figur 2 ist in einer schematischen Darstellung der Verfahrensschritt C gemäß einem Ausführungsbeispiel gezeigt, wobei das Profilstrukturteil 2 im Presshärtewerkzeug 1 , welches ein erstes Werkzeugteil 1 1 und ein zweites Werkzeugteil 12 aufweist, angeordnet ist. Das erste Werkzeugteil 11 und das zweite Werkzeugteil 12 weisen jeweils eine Mehrzahl von Kühlkanälen 4 auf, durch welches ein Kühlmedium, wie z.B. Wasser, fließen kann, sodass das im Presshärtewerkzeug 1 angeordnete Profilstrukturteil 2 indirekt gekühlt werden kann. Im Inneren 3 des Profilstrukturteils 2 wird die ans Innere 3 glänzende Oberfläche des Profilstrukturteils 2 durch Umluft bzw. Umgebungsluft gekühlt. Die ins Innere 2 geführte Umluft bzw. Umgebungsluft kann z.B. eine Temperatur zwischen 15 °C und 25 °C aufweisen.
Die Figuren 3A bis 3C zeigen jeweils einen Profilstrukturteil 2, welches in einem Presshärtewerkzeug 1 angeordnet ist, gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen. Diesen Ausführungsbeispielen ist gemein, dass nach dem Presshärten Profilstrukturteile 2 bzw. Profilbauteile erhalten werden, welche jeweils Teilbereiche mit unterschiedlichen Werkstoffeigenschaften aufweisen. Die Profilbauteile können z.B., wie in der Figur 3D dargestellt, Teilbereiche 100, die hart ausgebildet sind eine hohe Festigkeit aufweisen, sowie Teilbereiche 200, die weich ausgebildet und eine hohe Duktilität aufweisen, umfassen.
Das Presshärtewerkzeug 1 der Figur 3A weist im Unterschied zum Presshärtewerkzeug gemäß der Figur 2 Distanzhalter 5 auf, welche verhindern, dass das Presshärtewerkzeug 1 bzw. die Werkzeugteile 11 , 12 vollständig schließen. Dadurch haben Teilbereiche 200 des Profilstrukturteils 2 keinen Werkzeugkontakt, wodurch eine verzögerte Kühlung in diesen Bereichen erfolgt, was zur Folge hat, dass diese Bereiche im fertigen Profilbauteil eine geringere Festigkeit aufweisen. Im Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 3B wird Umluft mittels eines Druckluftstroms bzw. Triebluftstroms ins Innere 3 des Profilstrukturteils 2 geführt.
Die Figur 3C zeigt ein Presshärtewerkzeug 1 , welches insgesamt sechs Werkzeugteile 1 1 , 12, 13 aufweist, von denen jeweils zwei einander zugeordnet sind und relativ zueinander bewegt werden können. Dadurch, dass das Presshärtewerkzeug sechs Werkzeugteile 1 1 , 12, 13 aufweist, kann auf eine besonders einfache Art und Weise gesteuert werden, welche Teilbereiche des Profilstrukturteils 2 zu welchem Zeitpunkt einen Werkzeugkontakt aufweisen sollen, sodass eine gezielte Einstellung der Werkstoffeigenschaften der einzelnen Teilbereiche erreicht werden kann.
In den Figuren 4A und 4B ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung eines Profilbauteils dargestellt, bei welchem sogenannte„Tailored Properties“ durch Klemmen und Nachdrücken erreicht werden. Teilbereiche des Profilstrukturteils 2, die zu einem ersten Zeitpunkt einen Werkzeugkontakt mit dem ersten Werkzeugteil 1 1 bzw. dem zweiten Werkzeugteil 12 haben, werden rasch abgeschreckt, wodurch diese Teilbereiche ein Gefüge mit hoher Festigkeit bekommen. Dagegen weisen Teilbereiche des Profilstrukturteils 2, die zu einem späteren Zeitpunkt einen Werkzeugkontakt erfahren, beim fertigen Profilbauteil eine hohe Duktilität auf.
Die Figur 5 zeigt ein in einem Presshärtewerkzeug 1 angeordnetes Profilstrukturteil 2 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, wobei ein erstes Werkzeugteil 11 des Presshärtewerkzeugs 1 eine Heizeinrichtung bzw. Heizpatrone 7 aufweist, durch die in einem lokal begrenzten, benachbarten Bereich des Profilstrukturteils 2 eine zur Härtung erforderliche Geschwindigkeit verhindert wird, sodass das Profilstrukturteil 2 bzw. das fertige Profilbauteil in diesem Bereich anschließend eine geringe Härte und geringe Festigkeit sowie eine hohe Duktilität aufweist. Die in den gezeigten Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmale können gemäß weiteren Ausführungsbeispielen auch miteinander kombiniert sein. Alternativ oder zusätzlich können die in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele weitere Merkmale gemäß den Ausführungsformen der allgemeinen Beschreibung aufweisen.
Bezugszeichenliste
1 Presshärtewerkzeug
2 Profilstrukturteil
3 Innenbereich
4 Kühlkanal
5 Distanzhalter
6 Druckluftstrom
7 Heizeinrichtung 1 1 erstes Werkzeugteil 12 zweites Werkzeugteil 13 weiteres Werkzeugteil
100, 200 Profilstrukturteilbereich A, B, C Verfahrensschritte

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Profilbauteils, aufweisend die folgenden Schritte:
- Bereitstellen und/oder Fertigen eines Profilstrukturteils (2),
- Wärmebehandeln des Profilstrukturteils (2),
- Presshärten des Profilstrukturteils (2) in einem Presshärtewerkzeug (1 ), dadurch gekennzeichnet, dass
das Profilstrukturteil (2) im Presshärtewerkzeug (1 ) in seinem Inneren durch Umluft gekühlt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei als Umluft Umgebungsluft ins Innere des Profilstrukturteils (2) geführt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die ins Innere des
Profilstrukturteils (2) geführte Umgebungsluft eine Temperatur zwischen 10 °C und 30 °C, vorzugsweise zwischen 15 °C und 25 °C, aufweist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das im
Presshärtewerkzeug (1 ) angeordnete Profilstrukturteil (2) weiterhin durch eine direkte und/oder indirekte Kühlung von außen gekühlt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei während des Presshärtens des Profilstrukturteils (2) im Presshärtewerkzeug (1 ) in zumindest zwei Profilstrukturteilbereichen (100, 200) gezielt unterschiedliche Werkstoffeigenschaften, insbesondere unterschiedliche Festigkeiten, eingestellt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die gezielte Einstellung der unterschiedlichen Werkstoffeigenschaften durch eine definierte Schließvorgangsteuerung des Presshärtewerkzeugs (1 ) erzielt wird, ohne Eingriff in die Temperierung Presshärtewerkzeugs (1 ).
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einem ersten zeitlichen Abschnitt des Presshärtens erste Teilbereiche (100) des Profilstrukturteils (2) einen Werkzeugkontakt zu Werkzeugteilen (1 1 , 12) des Presshärtewerkzeugs (1 ) aufweisen und zweite Teilbereiche (200) des Profilstrukturteils (2) keinen Werkzeugkontakt zu Werkzeugteilen (1 1 , 12) des Presshärtewerkzeugs (1 ) aufweisen.
8. Verfahren nach Anspruch 6, wobei in einem zweiten zeitlichen Abschnitt des Presshärtens die ersten und zweiten Teilbereiche (100, 200) des Profilstrukturteils (2) einen Werkzeugkontakt zu den Werkzeugteilen (1 1 , 12) des Presshärtewerkzeugs (1 ) aufweisen.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das
Presshärtewerkzeug (1 ) während des Presshärtens nicht vollständig geschlossen wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das
Presshärtewerkzeug (1 ) zumindest vier Werkzeugteile (1 1 , 12, 13) aufweist, zu welchen das Profilstrukturteil (2) während des Presshärtens einen Werkzeugkontakt aufweist.
1 1. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Werkzeugteil (1 1 , 12) des Presshärtewerkzeugs (1 ) während des Presshärtens lokal beheizt wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das
Profilstrukturteil (2) vor dem Schritt des Wärmebehandelns durch einen
Innenhochdruckumformprozess vorgeformt wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das
Profilstrukturteil (2) eine Zinkbeschichtung aufweist.
14. Profilbauteil, hergestellt durch ein Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
15. Profilbauteil nach Anspruch 14, wobei das Profilbauteil als
Kraftfahrzeugbauteil ausgebildet ist.
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